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1、II毕业设计,LED在汽车照明领域的应用与电路设计 摘 要汽车光源在照明的领域中占有极其重要的地位，汽车照明的产量占整个照明光源总产量的10左右。LED作为一种新型的固态光源，正在逐渐被应用在汽车的照明系统中。LED是继白炽灯、荧光灯、高强度气体放电灯之后的第四代光源。LED具有结构简单、无延迟、节能效果显著、重量轻、安全性能好、抗震、无污染、免维护和寿命长等特征。LED已成为钨丝灯、卤素灯的必然取代产品，将成为汽车的第四代照明光源。在通用照明LED技术尚未成熟前，车用市场是最被看好的LED市场。本文从LED在汽车照明系统中应用的可行性入手，分析了LED在汽车低照度及高照度照明中的应用，对LE
2、D应用于汽车照明系统存在的问题进行了分析，并设计了一个LED驱动电路。关键词：LED，汽车照明，刹车灯，LED驱动电路，Protel99ABSTRACTAutomotive light sources have an extremely important position in the field of the lighting. LED is a new type of solid-state light sources. LED is gradually being used in the automotive lighting systems. LED has a lot of adv
3、antages such as simple structure，without delay energy-saving，light weight，safety，earthquake，pollution-free，maintenance-free and long life. LED has replaced the tungsten lamp and the halogen lamps. LED is becoming the fourth generation lighting of automotive lighting. Before the LEDQ lighting technol
4、ogy is general becomes mature the vehicle market is the most optimistic about the LED market. This article analyzes LED in the low light intensity and the high light intensity application from the feasibility that LED applies in the automobile lighting system. And analysis the question that LED appl
5、ied in the automobile lighting system。And I design a LED driver circuit.Key words: LED，automobile lighting，brake light，LED driver，Protel99目 录1 绪论11.1 引言11.2 车用光源的发展11.3 LED发光二极管的简介21.4 LED照明技术的发展历程31.5 LED车用光源的发展趋势分析42 LED与其他车用光源性能特性分析比较62.1 引言62.2 LED车用光源的优势62.3 LED车用光源存在的主要问题72.4 小结83 LED在汽车照明领域的应
6、用93.1 引言93.2车灯分类与基本要求93.3 LED在汽车低照度照明中的应用103.4 LED在汽车高照度照明中的应用103.5 小结124 LED车用光源设计分析134.1 引言134.2 车用LED封装技术134.3 车用LED灯光亮度要求144.4 车用LED光学设计144.5 车用LED散热问题144.6小结155 LED车用刹车灯的硬件设计165.1 引言165.2 LED刹车灯设计理念165.3 基于LED刹车灯的总体框图设计175.4 基于LED刹车灯的升压电路设计185.5 基于LED刹车灯的驱动电路设计215.6 Protel软件的应用235.7 总体设计246 全文总
7、结28参考文献30致谢311LED在汽车照明领域的应用与电路设计 1 绪论1.1 引言汽车灯具从最原始的蜡烛灯，发展到现在普遍使用的白炽灯，近几年来又出现新型得HID灯以及LED灯。LED车灯被称为第四代汽车光源。LED车灯拥有质量好、使用寿命长、无污染等白炽灯无法比拟的优点。LED化是车灯发展的一个大趋势，也必将是汽车照明系统发展史上的一次飞跃。目前中国有购车能力的家庭为 2000万户。2002 年中国汽车产销量为325万辆，2003 年产销量是30万辆，2004年的产销量是515万辆，2005年我国汽车销量已达到590万辆，首次超过日本成为继美国后的第二大新车消费市场。2008年，我国新车
8、销售938.05万辆，同比增6.70%，而美国汽车市场的新车总销量则为1320万辆，比2007年的1610万辆减少300多万辆，降幅达18%。据预计到2025年，中国汽车市场的规模将达到目前美国汽车市场的规模。中国已经成为当今世界汽车销售增长最快的地区1。中国汽车消费市场的不断增长必将带动汽车照明市场的发展，LED汽车灯作为汽车照明灯具的必然趋势，将会在中国有长足的发展。中国也将会成为LED汽车灯具的最大消费市场。基于LED在汽车照明领域存在的大量优势，以及汽车照明未来在中国的发展趋势，本次论文主要的研究方向是着重于LED汽车照明灯的研究、应用以及LED汽车刹车灯的设计。论文的第一章介绍了车用
9、灯源的发展、LED灯的简介及其发展趋势，第二章介绍LED与其他汽车光源的性能特性的分析比较，第三章介绍LED在汽车照明领域的应用，第四章对LED车用光源设计进行了分析，第五章介绍了LED车用刹车灯的硬件设计，第六章为小结。1.2 车用光源的发展汽车灯具的心脏是光源，汽车灯具的演变随着汽车光源的变化而发生着改变，大体上车用光源经过了如下的四个阶段：第一代的汽车照明光源是由燃料来直接燃烧发光，它只能满足早期汽车使用灯具要求，但存在发光效率低、光亮强度弱、光源性能不能稳定、使用操作复杂等明显的缺点。第二代的汽车光源是白炽灯。1879 年爱迪生发明白炽灯，1913 年美国首先将白炽灯技术应用在凯迪拉克
10、汽车的前照灯上，自此汽车灯具发生了革命性的变化，汽车照明开始进入了电气时代。后来又先后出现了汽车反光镜、发电机、蓄电池等新技术，1925 年汽车开始真正进入了白炽灯汽车灯具的时代。20 世纪50 年代开始又出现卤钨灯，它很快成为汽车照明中强光源的主要灯具。第三代的汽车光源是气体放电灯（HID）。它具有高发光效率、高可靠性和高亮度等性能优点，HID将替代白炽灯和卤钨灯成为新型的汽车前照灯的适用光源。第四代汽车光源是半导体发光二极管（LED）。LED不是通过热能使物体升温而发光，它是由电能直接转换为光，因而LED被称为冷光。1.3 LED发光二极管的简介LED是英文light emitting d
11、iode的缩写，即：光线激发二极管，是属于一种半导体元器件。单个的LED是有金线、LED芯片、反射环、阴极导线、塑料导线、阳极导线组成。图1-1是LED的横截面图。图1-1 5mmLED横截面图发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。LED的发光过程包括三部分：正向偏压下的载流子注入、复合辐
12、射和光能传输。微小的半导体晶片被封装在洁净的环氧树脂物中，当电子经过该晶片时，带负电的电子移动到带正电的空穴区域并与之复合，电子和空穴消失的同时产生光子。电子和空穴之间的能量（带隙）越大，产生的光子的能量就越高。光子的能量反过来与光的颜色对应，可见光的频谱范围内，蓝色光、紫色光携带的能量最多，桔色光、红色光携带的能量最少。由于不同的材料具有不同的带隙，从而能够发出不同颜色的光。 当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。打个比方，LED就像一个汉堡，可以发光的材料是夹层中的“肉饼”，而上下的电极就是
13、夹肉的面包。而通过对其中发光材料的研究，人们逐渐开发出各种光色、光效率越来越高的LED元件，但是无论怎么变化，LED总的发光原理和结构都没有发生太大的变化2。图1-2 LED发光原理1.4 LED照明技术的发展历程在LED刚刚出现的时候，其发光的颜色和效率都比较低。当时主要使用的发光材料是“GaAsP”，驱动电流在20mA，只能发出红色的光，而且发光效率只有0.1流明/瓦，因此亮度仅仅能够满足一些仪表、电器上的指示之用，并没有得到广泛的使用和注意。而在随后的几十年里，一些新的发光材料被逐步引入到LED当中，LED逐渐开始显露出强劲的发展后劲。在70年代中期，通过引入元素In和N，使得LED可以
14、发出波长为555纳米的绿光、波长为590纳米的黄光和波长为610纳米的橙光，同时发光效率也提高到了1流明/瓦。到了80年代初，又出现了使用GaAlAs的LED光源，使得红色LED的光效达到10流明/瓦。而进入90年代后，能发出红光、黄光的GaAlInP和发出绿光、蓝光的GaInN两种新材料的开发成功，使LED的光效得到大幅度的提高。在2000年，前者做成的LED在红、橙色光区域（波长615纳米左右）的光效达到100流明/瓦，而后者制成的LED在绿色区域（波长为530纳米）的光效也可以达到50流明/瓦。不仅超过了传统的白炽灯，而且和发光效率较高的荧光灯已经非常接近。而按照材料科学的发展速度，发光
15、效率能达到200流明/瓦的LED也将在较快的时间内问世。而在LED发光技术的发展史上，白光型LED的出现，则成为LED进入快速发展阶段的重要突破。在上世纪末，受到荧光灯发光原理的启发，LED厂家通过在高亮度蓝光LED管芯上加一层荧光粉，用蓝光激发荧光粉发出白光的LED发光元件。此外，通过采用不同的荧光粉，可发出色温为450010 000K及色温为28503800K的多种白光LED，也让白光LED具备了成为新一代照明设备的能力。目前，白光LED的发光效率大都已超过30流明/W，某些产品已超过50流明/W的水平，具备了正式大规模实用化的基础。 经过这么多年的发展，LED照明发光技术已经便成为一种相
16、对成熟的事物，市面上不仅有能发出各种色彩的LED产品，也出现了大量可以用于直接照明的LED产品，此外，在显示领域，LED产品也经历了从单色到彩色，从低分辨的文字到高分辨率图像显示的进化过程，正在日益影响着我们的生活和工作。1.5 LED车用光源的发展趋势分析1.5.1 国际发展趋势世界目前LED产业投资是很热的一个重点项目，全球各国对LED的研发生产都比较重视。日本已经实现19982002年耗费50亿日元推行白光照明，整个计划的财政预算为60亿日元。同样的美国在2000年制定的“下一代照明计划”被列入了能源法案，计划从20002010年，投资5亿美元，用LED取代55%的白炽灯和荧光灯，预计到
